CN103391803B - 减少来自水泥厂的汞排放 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于减少来自水泥厂的汞排放的方法，所述水泥厂包括至少一个窖（6）、微粒收集装置（10）、所收集微粒、废气流（8b）、加热器和汞洗涤器，其中所述加热器和所述汞洗涤器在所述窖的上游。所述方法包括：引导所述所收集微粒穿过所述加热器以从所述所收集微粒形成挥发汞种类；将所述所收集微粒从所述加热器顺流朝向所述窖引导；和将所述挥发汞种类引导至所述汞洗涤器。所述废气流（8c）离开所述微粒收集装置并且不被引导至所述加热器。可选步骤包括在所述窖与所述微粒收集装置之间的一个或多个点上注入汞吸附剂。

Description

减少来自水泥厂的汞排放

技术领域

本发明涉及减少来自水泥厂的汞排放。

发明背景

对美国汞排放源的研究结果认定水泥生产设施为汞的主要排放源。当前，水泥厂是美国汞排放的第四大排放源。美国环保署（EPA）已提出规范限制来自水泥厂的汞排放。提出的规范规定来自现有水泥厂的汞排放的第一限值并且强化新厂的限值。提出的规范将现有源的汞排放限值设定为每百万吨馈料26磅汞（~13 kg/百万吨）或每百万吨所产生熟料43磅汞（~21.5 kg/百万吨）。对于新水泥厂，汞排放限值为每百万吨所产生的熟料14磅汞（~7.0 kg/百万吨）。提出的规范将于2013年生效。EPA估计当规范全面实施时，来自水泥厂的汞的年排放量将减小至少81%。

已知活性炭可注入含有汞蒸气的气流中。当汞蒸气接触活性炭颗粒时，汞被活性炭颗粒捕获并且保持。颗粒随后由微粒收集装置收集，诸如静电除尘器或袋式过滤器。由活性炭颗粒捕获的汞表现为稳固接合至颗粒。在水泥厂运营中，由控制装置捕获的微粒通常回收至水泥生产过程。

在水泥厂中，汞挥发自原料。大多数挥发汞最终留在水泥粉尘中。通常，来自水泥生产过程的废气流含有微粒，且这些微粒通常由微粒收集装置（通常是织物过滤器或静电除尘器）收集。来自水泥生产过程的所收集微粒（其包含水泥粉尘）通常回收自微粒收集装置并且用作原料馈料的一部分，其中当原料被加热时，汞再次挥发。因此，将水泥粉尘回收至原料馈料持续将汞再次引入水泥生产过程并且由此引入水泥粉尘和伴随的废气流。

此外，废气本身有时被回收至水泥生产过程。废气通常含有少量汞；使废气返回生料磨将额外的汞引入原料馈料。

非常需要减少来自水泥厂的汞排放的相对便宜但有效的方式。

发明概要

本发明提供用于以相对较低成本减少来自水泥厂的汞排放的方法。一个优点是本文提供的方法可并入现有水泥厂而无需大范围的重新构造。本文所述方法的另一个优点是在水泥制造过程早期去除汞，其可使对下游额外汞控制的需要最小化。

本发明的实施方案是一种用于减少来自水泥厂的汞排放的方法，所述水泥厂包括至少一个窖、微粒收集装置、所收集微粒、废气流、加热器和汞洗涤器，其中加热器和汞洗涤器在窖的上游。所述方法包括：

引导所收集微粒穿过加热器以从所收集微粒形成挥发汞种类。

将所收集微粒从加热器顺流朝向窖引导；和

将挥发汞种类引导至汞洗涤器。

废气流离开微粒收集装置并且不被引导至加热器。可选步骤是在窖与微粒收集装置之间的一个或多个点上注入汞吸附剂。

附图简述

图1是一般化水泥厂构造的示意图。

图2A是示出当水泥厂中存在预热塔时加热器和汞洗涤器的放置的示意图。

图2B是示出当水泥厂中不存在预热塔时加热器和汞洗涤器的放置的示意图。

本发明的这些和其他实施方案和特征将从后续描述、附图和随附权利要求中变得更显而易见。

具体实施方式

如本文件中所使用，术语“所收集微粒”指的是由水泥厂的微粒收集装置收集的微粒并且包含水泥粉尘。

水泥厂的构造不同，但具有数个共同特征。示出相关部分的一般化水泥厂构造示于图1中。在具有原料磨和预热塔的水泥厂中，来自原料磨2（生料磨）的原料馈料8d被馈送至预热塔4（有时被称为预分解塔）顶部并且从预热塔4馈入窖6。熟料在窖中产生并且从窖中排出。气流8a从窖6离开。气流8a进入预热塔4底部并且从预热塔4顶部离开。废气流8b随后通常在调湿塔中通常由水冷却且经冷却的废气流8b而是行进至微粒收集装置10。在穿过微粒收集装置10后，废气流8c通过行进穿过烟囱12而离开水泥厂。

附图不旨在被理解为限制本发明。例如，本文所述的方法适用于不具有原料磨和/或预热塔的水泥厂。

在本文件中，短语“顺流朝向窖”指的是回收的所收集微粒的各种可能组合。所收集微粒可在加热器下游的任意点上与原料馈料组合，集合微粒从所述加热器离开。或者，所收集微粒可回收至生料磨而非原料馈料。在具有预热塔的水泥厂中，所收集微粒可在预热塔之前或之后与原料馈料组合。在其他实施方案中，所收集微粒可直接回收至窖。短语“顺流朝向窖”涵盖所有这些可能性。

在本发明的方法中，来自水泥厂的汞排放减少。水泥厂包括至少一个窖、微粒收集装置、所收集微粒、废气流、加热器和汞洗涤器，其中加热器和汞洗涤器在窖的上游。在该方法中，所收集微粒被引导穿过加热器。在加热器中，所收集微粒被加热至高至足以使所收集微粒中存在的汞挥发的温度，其从所收集微粒形成挥发汞种类。将所收集微粒顺流朝向窖被引导，其中其通常与原料馈料组合或引入生料磨、预热塔或窖；优选地，所收集微粒被引入窖。通常在气流中的挥发汞种类被引导至汞洗涤器，其通常从气流中去除汞。

通常，来自水泥制造过程的微粒由废气流携载至微粒收集装置，其中微粒从废气流中去除。所收集微粒如刚才所述被引导至加热器，但是废气流离开微粒收集装置并且未被引导至加热器中。

本发明的另一个方法是用于减少来自水泥厂的汞排放，所述水泥厂包括至少一个窖、微粒收集装置、所收集微粒和废气流。所述方法包括：

将加热器放置在窖上游使得所收集微粒将行进穿过加热器顺流至窖；

将汞洗涤器放置在加热器下游使得从所收集微粒形成的挥发汞种类可从加热器进入汞洗涤器；

引导所收集微粒穿过加热器以从所收集微粒形成挥发汞种类；

将所收集微粒从加热器顺流朝向窖引导；和

将挥发汞种类引导至汞洗涤器。

废气流离开微粒收集装置并且不被引导至加热器中。

示出加热器14和汞洗涤器16的放置的本发明方法的水泥厂的一部分的构造示于图2A和图2B中。在图2A中，原料馈料8d离开原料磨2。所收集微粒8g从微粒收集装置（未示出）被传送至预热塔4上游的加热器14。所收集微粒8e离开加热器14并且与原料馈料8d组合，其被馈送至预热塔4。含有挥发汞和小微粒的气流8f被通至汞洗涤器16。类似地，在图2B中，原料馈料8d离开原料磨2。所收集微粒8g从微粒收集装置（未示出）被传送至窖6上游的加热器14。所收集微粒8e离开加热器14并且与原料馈料8d组合，其被馈送至窖6。含有挥发汞和小微粒的气流8f被通至汞洗涤器16。图2A和图2B所示的方法的变型是可能的并且在本发明的范围内。

在本发明的实践中，加热器和汞洗涤器优选地紧邻，但是这样一种布置取决于特定水泥厂的构造可能不可行。

加热器可以是可将原料馈料加热至所需温度的任意类型的加热器。适当加热器包括回转窖、磨加热器等。内部具有螺旋馈料器的加热器在一些实施方案中是优选的，这是因为螺旋馈料器促进更均匀的加热。

所收集微粒被引导至加热器中并且优选地在加热器内部传送（穿过加热器）的同时被加热至来自所收集微粒的汞的挥发温度或高于所述挥发温度的一个或多个温度。在加热器中，通常采用至少约200℃的温度。优选地，加热器中的温度在约200℃至约800℃的范围中且更优选地在约300℃至约700℃的范围中。汞种类通常在大致在300℃至700℃的范围的温度下挥发自所收集微粒。当温度低于300℃时，汞的挥发是可能的，但不是非常有效。在约700℃或更大温度下，汞的挥发不与消耗热能量成比例显著增大。

在离开加热器后，其中汞已被去除（挥发）的所收集微粒被朝向窖引导。所收集微粒在进入窖之前可行进穿过水泥厂的其他结构（诸如预热塔）或所收集微粒可储存（若需要）（例如，在窖关闭进行维护的情况下）。

挥发汞通常作为气流的一部分离开加热器并且被引导至汞洗涤器。汞洗涤器含有至少一种吸收介质以吸收被引导至汞洗涤器的汞。吸附剂介质通常是固体汞吸附剂。在一些实施方案中，汞洗涤器还具有移动床以捕获进入汞洗涤器的气流中所含的微粒。

颗粒物质被移动床捕获保护汞洗涤器中的吸附剂介质，其允许吸附剂介质（媒介）使用达更长的时间周期而无需替换或重新活化。将微粒物捕获在移动床中的适当吸附剂是粒状吸附剂，其通常具有在约5与约20 U.S. Mesh（0.85至4 mm），优选约5至7 U.S. Mesh（2.8至4 mm）之间的大小范围。这些吸附剂的实例包括砂石、石粒、陶瓷、玻璃珠、石英和活性炭。移动床的活性炭包括不变活性炭和化学处理活性炭，包括溴或硫浸渍活性碳。

当汞洗涤器中的吸附剂介质是固体汞吸附剂时，适当的吸附剂包括活性碳吸附剂、改性活性炭吸附剂、活性炭纤维吸附剂、与汞、硫产生反应的金属、与汞产生反应的金属硫化物，诸如硫化钠、硫化钾、硫化铁、硫化锌等和矿物质吸附剂（例如，硅石或沸石）。硫或金属硫化物可用作粉末形式、粒状形式或蜂巢形式。

汞吸附剂优选是活性炭吸附剂。可采用粒状或粉末状活性炭；粒状活性炭是优选的。在优选的实施方案中，活性炭吸附剂优选是含溴活性炭吸附剂。含溴活性炭吸附剂通过用有效数量的含溴物质处理（接触）吸附剂达足够时间以增大活性炭吸附汞和含汞化合物的能力而形成。活性炭吸附剂和含溴物质的这种接触显著提高吸附剂吸附汞和含汞化合物的能力。用含溴物质处理活性炭吸附剂优选进行使得吸附剂具有约0.1至约15 wt%的溴。此关系见美国专利第6,953,494号。优选的含溴活性炭可购自雅宝公司（Albemarle Corporation）的B-PAC^TM。

对于固体汞吸附剂，适当设备包括滤芯、固定床、移动床（其包括连续交叉流移动床）等。固定床是优选的。

在本发明的方法中，仅所收集微粒被引导至加热器，而废气流未被引导至加热器。这提供特定优点。特定废气流未流动穿过加热器允许保持、支撑或含有汞吸附剂汞的设备尺寸较小并且使阻塞保持、支撑或含有汞吸附剂的设备的气流最小化。

在上述方法的优选实施方案中，含有挥发汞的气流被馈送至汞洗涤器中存在的至少两种吸附剂介质（其可相同或不同）的至少一个及随后至少另一个。以此方式，含汞气流可连续被馈送至汞洗涤器中至一种吸附剂介质，而另一种吸附剂介质被替换或再装填使得当一种吸附剂介质达到最大吸收量时，气流被切换至另一种吸附剂介质，这允许含汞气流连续透过汞洗涤器处理而无材料中断。从汞洗涤器排出的气流被引导至微粒收集装置或至烟囱。

结合上述方法，汞吸附剂任选地及优选地可在窖与微粒收集装置之间注入。通常，汞吸附剂在窖之后（以及在预热塔之后，若存在）注入。在注入后，汞吸附剂最终到达微粒收集装置并且成为所收集微粒的一部分。本发明的方法中的这种可选步骤的好处是进一步减少来自水泥厂废气流的汞排放。吸附剂注入的特定优点是无论原料磨机是否运行，汞排放都降低。

在本发明的实践中，汞吸附剂可为能够在被注入气流时吸收汞的任意固体汞吸附剂。通常，这些汞吸附剂包括但不限于活动碳吸附剂、改性活性炭吸附剂、活性炭纤维吸附剂、与汞、硫产生反应的金属、与汞产生反应的金属硫化物，诸如硫化钠、硫化钾、硫化铁、硫化锌等和矿物质吸附剂（例如，硅石或沸石）。

所注入汞吸附剂优选是活性炭吸附剂。可采用粒状或粉末状活性炭；粉末状活性炭是优选的。在优选的实施方案中，活性炭吸附剂优选是含溴活性炭吸附剂。含溴活性炭吸附剂通过用有效数量的含溴物质处理（接触）吸附剂达足够时间以增大活性炭吸附汞和含汞化合物的能力。活性炭吸附剂和含溴物质的这种接触显著提高吸附剂吸收汞和含汞化合物的能力。用含溴物质处理活性炭吸附剂优选地进行使得吸附剂具有约0.1至约15 wt%的溴。此关系见美国专利第6,953,494号。优选的含溴活性炭可购自雅宝公司的B-PAC^TM。

汞吸附剂通常按约0.5至约15 lb/MMacf（8×10^{- 6}至240×10^{- 6} kg/m³）的速率注入。优选注入速率为约1至约10 lb/MMacf (16×10^-6至160×10^{- 6} kg/m³)；更优选的是约2至约5 lb/MMacf (32×10^-6至80×10^-6 kg/m³)的注入速率，但是应理解，优选的注入速率随特定系统构造而变化。

在本说明书或其权利要求中的任何地方以化学名或公式提及的组分（无论是以单数形式或复数形式）均被认定为如其在与以化学名或化学类型（例如，另一种组分、溶剂或等等）的另一种物质接触之前存在。重要的不是什么化学变化、转化和/或反应（若有）在所得的混合物或溶液中发生，因为这些变化、转化和/或反应是在依据本公开所要求的条件下将制定组分带到一起的自然结果。因此，组分被认定为将结合执行所需操作或形成所需组合物而被带至一起的成分。

本发明可包括本文所述的材料和/或程序、由其组成或实质由其组成。

如本文中所使用，修饰本发明组合物中的成分数量或在本发明的方面中采用的术语“约”指的是可通过下列项而可发生的数量变化：例如，通过用于在现实中制作浓缩液或使用溶液的典型测量和液体处理程序；通过这些程序中的意外误差；通过用于制作组合物或执行方法的成分的制作、来源或纯度差异等。术语约还涵盖归因于由特定初始混合物产生的组合物的不同平衡条件而不同的数量。无论是否由术语“约”修饰，权利要求都包括数量的等同物。

除非另有明确指出，冠词“一个”（a、an），如果且如本文中使用，均不旨在限制且不应被理解为限制冠词所涉及的单个元件的描述或权利要求。而是，冠词“一个”（a、an），如果且如本文中使用，均旨在涵盖一个或多个这些元件，除非文中另有明确指出。

本发明在其实践中具有大量变型。因此，上文描述不旨在限制且不应被理解为将本发明限制为上文提出的特定例证。

Claims (14)

1.一种用于减少来自水泥厂的汞排放的方法，所述水泥厂包括至少一个窖、微粒收集装置、加热器和汞洗涤器，其中所述加热器在所述窖的上游且所述汞洗涤器在所述加热器的下游，所述水泥厂中具有所收集微粒和废气流，所述方法包括：

引导所述所收集微粒穿过所述加热器以从所述所收集微粒形成在气流中的挥发汞种类；

将所述所收集微粒从所述加热器顺流朝向所述窖引导；

将含有所述挥发汞种类的气流引导至所述汞洗涤器，

将气流从所述汞洗涤器引导至微粒收集装置，

引导所述气流离开所述微粒收集装置而不进入所述加热器，和

在所述窖与所述微粒收集装置之间的一个或多个点上注入汞吸附剂。

2.一种用于减少来自水泥厂的汞排放的方法，所述水泥厂包括至少一个窖和微粒收集装置，所述水泥厂中具有所收集微粒和废气流，所述方法包括：

将加热器放置在所述窖上游使得所述所收集微粒将行进穿过所述加热器顺流至所述窖；

将汞洗涤器放置在所述加热器下游使得从所述所收集微粒形成的挥发汞种类可从所述加热器进入所述汞洗涤器；

引导所述所收集微粒穿过所述加热器以从所述所收集微粒形成在气流中的挥发汞种类；

将所述所收集微粒从所述加热器顺流朝向所述窖引导；

将含有所述挥发汞种类的气流引导至所述汞洗涤器，

将气流从所述汞洗涤器引导至微粒收集装置，

引导所述气流离开所述微粒收集装置而不进入所述加热器，和

在所述窖与所述微粒收集装置之间的一个或多个点上注入汞吸附剂。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述水泥厂还包括原料馈料，且其中来自所述加热器的所述所收集微粒的至少一部分在所述原料馈料进入所述窖之前与所述原料馈料组合。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述水泥厂还包括生料磨，且其中来自所述加热器的所述所收集微粒的至少一部分被引入所述生料磨。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中来自所述加热器的所述所收集微粒的至少一部分被引入所述窖。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述汞洗涤器包括汞吸附剂，且其中所述汞吸附剂是活性炭吸附剂。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述活性炭吸附剂已用有效数量的含溴物质处理达足够时间以增大所述活性炭吸附汞和含汞化合物的能力。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述汞吸附剂具有0.1至15重量百分比的溴。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述水泥厂还包括预热塔，且其中所述汞吸附剂未在所述预热塔之前注入或未注入所述预热塔。

10.根据权利要求1或9所述的方法，其中所述汞吸附剂是活性炭吸附剂。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述活性炭吸附剂已用有效数量的含溴物质处理达足够时间以增大所述活性炭吸附汞和含汞化合物的能力。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述汞吸附剂具有0.1至15重量百分比的溴。

13.根据请求项1或9所述的方法，其中注入速率在0.5 lb/MMacf至15 lb/MMacf的范围中。

14.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述加热器在200℃至800℃的范围的温度下。